简析纳米发光材料的应用

时间：2022-09-30 08:27:10 化学毕业论文我要投稿

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简析纳米发光材料的应用

　　摘要:文章介绍了几种半导体纳米发光材料制备的发光二极管，如用氮化镓，碳化硅半导体纳米材料制备发光二极管的研究进展，并对全色固态平板显示的应用前景作了展望。

　　关键词:固态平板;发光二极管;氮化镓;碳化硅

　　微电子技术的发展大大促进了纳米技术在平板显示技术方面的应用，目前已经开发和应用的各类平板显示技术有：液晶显示技术(LCD)、等离子体显示技术(PDP)、场致发射显示技术(FED)、电致发光平板显示技术(ELD)、真空荧光平板显示技术(VFD)和发光二极管技术(LED)等。众多研究成果表明氮化镓(GaN)及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围;碳化硅也可在可见光区内有效发光，因此，氮化镓和碳化硅两种材料是近年来研究的比较多的全色光电材料。另外，与硅平面技术相容的离子注入SiO2薄膜材料，可以获得几乎遍布整个可见光区的光发射。

　　一、GaN材料

　　GaN材料研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，GaN材料所具有的禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和速度高、热导率大、物理化学性能稳定等诸多优点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SiC、金刚石等宽带隙化合物半导体材料一起，被誉为是继第一代Ce、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料，它具有优良的光学性能，可作出高性能的发光器件，GaN基LED的发光波长范围可从紫外到可见光区。

　　GaN材料制作的可见光区发光器件已取得令世人瞩目的进展。2002年，化成OPTONIX、STANLEY电气、三菱电线工业联合开发了发光效率达301m/W的白色发光二极管(LED)。该LED在发出波长382nm紫外光的GaN类(紫外LED)中配合使用了将紫外光分别转换为红色光、绿色光、蓝色光的荧光体材料。同年，美国Kopin公司成功地开发出了以+2.9V电压驱动的氮化镓蓝色发光二极管(LED)，该LED在驱动电压+2.9V、驱动电流20mA的情况下达60cd/m2。

　　二、SiC材料

　　近年来，又由于SiC材料具备独特的性质：宽禁带、高击穿电场、高漂移饱和速度、高导热率、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性好，使其在光电器件、高频大功率、高温半导体器件等方面具有巨大潜力而备受青睐。SiC有250多种多型体，每种多型体的C/Si双原子层的堆垛次序不同，最常见的是立方密排的3C-SiC和六角密排的6H和4H-SiC，不同多型体的电学性能和光学性能不同。

　　由于SiC具有高击穿电场、高饱和迁移速度和高热导率的优点，使其在高压应用方面优于硅和砷化镓。更值得指出的是，高击穿电场和宽禁带的特点有利于开发高电压、大电流SiC功率器件，并且在很大程度上缩小体积，从而获得了相当于Si器件十倍以上的功率密度。由于宽禁带和高热导率，其工作温度达600度以上。此外，采用SiC器件的功率系统可极大程度地降低对散热的要求，又可进一步缩小体积。对于许多高温和大功率应用领域，目前几乎所有功率器件都采用Si工艺。硅功率器件在电学上的缺点是带隙小、器件结温低、典型温度不超过150℃。低结温导致硅功率器件不适于许多要求高温工作的场合。尽管有时采用外部冷却使其能应用于工作温度较高的设备中，但是冷却系统庞大体积和重量使其失去实用价值。相比之下，SiC功率器件是很有前途的。

　　三、纳米硅薄膜材料和离子注入SiO2材料

　　根据对半导体发光材料和器件的发展和现状分析，纳米硅薄膜材料和离子注入SiO2材料在发光二新型低维人工半导体材料，它具有新颖的结构特征与独特的物理性质。nc-SiH膜具有电导率高(10-3～10-1Ω-1·cm-1)、电导激活能低(△E=0.11eV～0.1eV)、光热稳定性好、光吸收能力强、易于实现掺杂、具有明显的量子点特征等特性。

　　在硅单晶衬底上生长SiO2经Si离子注入和适当的退火可以获得红、黄蓝三种波长的发光，其发光强度可与多孔硅相比拟。蓝光谱波长为470nm，它是由氧空位缺陷发光，黄光峰也是由缺陷引起，而红光峰则是由注入的过剩S聚集成纳米晶粒，因量子限制效应而发光。离子注入SiO2发光，其意义在于，首先在一种材料上可获得红、黄、蓝全部三种基色，为全色固态现实提供了可能;其次，扬弃了多孔结构和电化学工艺，在工艺上完全与硅平面工艺相容。

　　四、展望

　　尽管纳米材料制成发光二极管实现大型平板显示器已有了颇为可观的科研成果，但更多的研究开发工作仍需继续进行，未来的研究方向是：设法延长发光二极管的使用寿命，尤其是长寿命封装至关重要;制造工艺技术还有待于进一步的改善;建立完善的生产工艺流程及全球标准化的生产模式，使发光二极管显示器生产实现批量化和规模化目前仍是一项颇为艰巨的任务。未来市场对结构相对简单的小型平板显示器，尤其是低功耗平板显示器的需求会日益增长，实现全彩色及大屏面，从而推动发光二极管显示器产业化的进程，将使其会占据更大的市场份额。预计在未来的几年内，将是发光二极管平板显示器实现产业化的关键时期。在这期间，发光二极管平板显示技术会更加日趋成熟。可以预言，发光二极管平板显示器将成为平板显示领域中的一种主流技术。

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